III-V薄膜在太阳能光伏中的应用

光伏元件规范降低太阳能电池制造成本收藏分享2011-1-313:18|发布者:mulucky|查看数:276|评论数:0摘要:光伏行业一直在寻找如何降低与太阳能电池生产相关的成本，大家的注意力都被吸引到制造设备和材料的行业标准的制订方面。此标准是专门为满足光伏行业的需求而定制的，因此减少了通常用于超高纯半导体制造的复杂性...光伏行业一直在寻找如何降低与太阳能电池生产相关的成本，大家的注意力都被吸引到制造设备和材料的行业标准的制订方面。此标准是专门为满足光伏行业的需求而定制的，因此减少了通常用于超高纯半导体制造的复杂性和成本。全球一直在推动降低对非可再生能源的依赖，从而加大了对光伏（PV）技术的需求。然而，太阳能成为可再生能源主要来源的希望受到太阳能电池生产成本高的制约。若想太阳能产业蓬勃发展，就必须要求其与传统电力相比在成本上有很强的竞争优势，而不能永远依靠政府补贴。这就意味着要降低太阳能制造成本，实现太阳能发电成本与传统发电成本持平。降低成本的一种方式是将元件清洁度和纯度的标准与太阳能电池生产的真正工艺需求相匹配。迄今为止，光伏行业一直以半导体行业为标准，但事实上，超高纯半导体标准远超出太阳能电池制造所需要的标准。太阳能电池制造商已经认识到，使用达到超高纯半导体工艺标准的元件在许多情况下标准过高。由于在超高纯元件生产过程中，使用高可控生产和清洁协议（这可能远超出光伏元件所需的标准）导致价格上涨。到今天为止，超高纯元件的代用品是“不合格”产品，“不合格”产品在本篇文章中被定义为符合非超高纯生产和清洁协议的产品。但是，这些“不合格”元件具有风险，例如因污染和潜在的系统集成问题造成的停工。此难题的解决方案就是专门为光伏行业制订出自己的元件工艺标准。世伟洛克公司为达到此类型标准所采取的第一步是颁布了全新的“光伏工艺规范”。此规范满足光伏行业对不锈钢元件的测试、清洁和包装步骤的需求。与此同时，世伟洛克规范保留了以往一套基本要求以确保元件可以满足光伏行业最高纯度的需求。光伏制造的清洁度世伟洛克光伏工艺规范以建立专门的指导方针支持行业发展，以帮助推动市场增长。SEMI光伏委员会目前也在调查并研究直接与光伏生产市场相关的规范。基于公司与几家光伏产品制造商的合作，世伟洛克规范在流体系统元件制造的清洁度等级上所采用的策略和流程满足但是不过分超越今天光伏制造商的需求。与超高纯半导体系统相比，此规范通过减少元件制造步骤来帮助降低总体的光伏系统成本。元件清洁程度与提高表面光洁度、去除金属杂质及将腐蚀威胁和使用过程中产生颗粒的可能性最小化等工艺流程直接相关。为了实现更高等级的清洁度，元件必须经过许多其他制造步骤。例如，不锈钢可能经过重新处理以降低表面缺陷及减少硫含量，这样也可以减少金属的潜在污染和腐蚀。用于超高纯半导体晶圆制造的流体系统中，元件需要高等级的工艺以便将腐蚀和颗粒产生最小化。小线宽和高设备密度产生了对超高纯气体和化学品传输的需求，因为向下游携带任何颗粒都可能污染晶圆，导致报废率和操作成本增加。太阳能电池生产中使用的基底对颗粒则没有那么敏感，这就是为什么超高纯工艺标准对光伏制造来说太过于严格了。对于光伏元件来说重要的是要遵循合适的清洁标准。当将不合格产品用在有腐蚀性的光伏制造气体中时，可能会导致腐蚀并产生颗粒。腐蚀有时会导致气体的交叉污染，引起气体管线内产生反应。颗粒和气体反应会延缓甚至阻塞管线，导致低沉积率、降低系统有效性和生产停工。一个清洁的工艺环境对于保证薄膜太阳能电池（TFSC）层间的适当粘接也是很关键的，特别是对于配线工艺。正确等级的PV元件为可靠的TFSC生产提供适当级别的污染控制。与腐蚀和清洁度相关的进一步考虑是安全。用于光伏制造的某些气体是极易起反应的。如果元件连接遭到腐蚀或受到损害，这些气体就可能无组织排放漏到空气中去，形成潜在危险的工作环境。光伏制造协议世伟洛克光伏工艺规范是不锈钢元件设计、材料选择和制造步骤协议的概览，与那些用于超高纯半导体元件（参见表1）的协议相似，但是在某些情况下没那么严格。例如，对于表面光洁度的要求在光伏规范中就很宽松。将元件表面缺陷和夹杂物最小化，可以减少整体与介质接触表面面积，这样会提高吹扫和除水操作。这些特征对于保持半导体和光伏工艺的清洁度是很重要的。光伏生产系统不介意少量由于表面较少抛光而可能引起的污染。在此规范下，设计倡导清洁操作。元件必须能容易得到快速清洁和吹扫，应用中几乎不产生任何颗粒，并且保持最小截留区域。良好的元件设计在使用连续制造工艺的TFSC生产中是相当重要的。在这样的环境中，设备必须非常可靠以避免整条生产线停工。因此，元件清洁规范必须具有相当的高可靠性。材料指南包括化学成份、材料特性、夹杂物和其他材料特征以帮助确保元件清洁并无泄漏。根据规范，制造技术使用先进的工具、加工、抛光和制造方法生产具有一致可靠性能的表面光洁度良好的产品。超高纯半导体和光伏元件制造协议之间差别最为显著的地方是在产品制造周期过程中的最终阶段，包括清洁、校验和测试，以及组装和包装部分。在这些阶段，世伟洛克光伏工艺规范中概述的实践操作使供应商与超高纯元件制造相比可以降低成本。所节省下来的成本转移到供应链中去，有助于降低整体太阳能发电的成本。另外，在安装过程中，终端用户会认识到基于一个不太严格的包装要求的效率。清洁生产过程中的每一步都可能会产生污染。因此，在每一步后都必须使用有机溶剂或碱性或酸性清洁剂对超高纯半导体元件进行彻底清洁。同样的，光伏元件在制造过程中也必须进行清洁。然而，光伏市场一致认为超高纯半导体级别的清洁对于生产太阳能电池最为常用的两种生产方法——晶体硅（c-Si）或薄膜光伏技术来说是不需要的。与超高纯元件清洁标准相比，世伟洛克光伏工艺规范减少了对电解槽控制（包括电阻系数和细菌等级）的需求。建议用于光伏元件的更宽松的清洁规范与用在太阳能电池生产中的技术相关。与半导体制造相比，光伏材料和线宽对污染敏感度的要求没那么高。胜过遵循今天严格的超高纯标准，世伟洛克光伏工艺规范将光伏元件清洁方法与市场对纯净度的需求统一起来。校验和测试超高纯和光伏元件在制造过程中要进行各种各样的测试以确认产品的清洁度和质量。元件生产者特别关注对不锈钢元件富含铬的氧化层表面的耐腐蚀特性的校验。这些表面在制造过程中通过电抛光和钝化工艺去除表面铁并使其变光滑来加强表面性能。超高纯标准通常利用先进的表面化学分析技术来确认耐腐蚀性。此技术对样品上一系列不连续的点进行分析。常用的测试方法包括俄歇电子能谱（AES），化学分析用电子能谱（ESCA）和次级离子质谱法（SIMS）。这些测试通常都很复杂，常常由第三方实验室来进行，这两个因素导致超高纯元件制造过程的成本增加。光伏工艺规范通过指定替代的测试方法（临界点蚀温度，CPT）来剔除过高成本。CPT测试的基础为ASTMG150。它通过强调样品的氧化铬表面层使其达到失效点来确定其局部的耐点蚀性，以此对样品的整个钝化表面进行评估。表面层失效点的温度为CPT。因为CPT测试对样品的整个与介质接触区域都进行了分析，与表面化学分析技术相比，此方法更好地指出某元件对苛刻环境的耐受力有多好。另外，CPT测试可以在更短的时间以更低的成本提供更为一致的结果，所有这些使其成为对光伏元件测试的首选。组装和包装必须保护元件在组装和包装过程中免受空气污染以帮助保持其清洁度。适用于半导体元件的超高纯规范需要在Class100无尘室中进行最终的组装和包装。此等级的污染保护对光伏元件来说通常是不必要的。而是，光伏工艺规范要求在一个可控的环境内进行组装和包装。在此环境会采取基本的预防措施来防止设备产生颗粒、空气纤维和常见的各种形式的污染。由于不需在无尘室内进行操作，因此能节省与之相关的额外时间和支出，供应商认识到这些节省下来的费用也会让终端客户受益。其他节省的办法是减少包装数量。为了满足半导体超高纯规范的要求，每个元件都必须是双层包装。内袋包装为耐磨损的尼龙材质，用干燥的经过滤的氮气进行吹扫和填充。然后此密封尼龙袋会被加热密封在一个外部的聚乙烯袋中。根据世伟洛克光伏工艺规范，单层的耐磨损袋就足以保证产品在运输过程中不会受到外部的污染。仍然会对此单层光伏元件袋进行吹扫，但是包装步骤的减少为供应商和终端用户节约了成本。当超高纯半导体和光伏元件之间的组装和包装要求有所不同时，供应商必须遵守适用于两种类型产品的类似的污染保护协议。没有润滑剂用于元件的润湿区域。端接被包住以防止在运输过程中受到污染。密封包装被单独包装用于运输。另外，在不打开产品包装的情况下就可以看到产品识别信息及一些可追踪信息。安装因为安装是元件制造和可操作的生产系统之间最后一环，系统组装者需要保持流体系统元件原来的清洁度。单个包装袋的光伏元件应该在一个可控的环境中小心地被打开，确保在打开时不会产生颗粒。使用锋利的刀而不是剪子有助于避免产生颗粒。连接处应正确对准和组装。具有不同纯净度和硫含量的元件不能混在一起。元件供应商提供的经授权的培训在有效安装过程中是很有价值的资源。结论光伏行业一直在寻找如何降低与太阳能电池生产相关的成本，大家的注意力都被吸引到制造设备和材料的行业标准的制订方面。此标准是专门为满足光伏行业的需求而定制的，因此减少了通常用于超高纯半导体制造的复杂性和成本。光伏工艺规范是建立不锈钢流体系统元件标准的比较有效的第一步。它提供多种机会降低元件成本，从而最终降低昂贵的能源生产成本。